光系統(tǒng)II（PSII）是放氧光合生物利用太陽能進(jìn)行光驅(qū)動(dòng)裂解水反應(yīng)的場(chǎng)所，它由具有放氧功能的核心復(fù)合體和具有光能捕獲、傳遞功能的捕光天線系統(tǒng)組成。隱藻作為一種在進(jìn)化上具有獨(dú)特地位的單細(xì)胞真核放氧光合生物，能夠在海洋和淡水環(huán)境中生長(zhǎng)，在全球碳循環(huán)和生物地球化學(xué)循環(huán)中發(fā)揮重要作用。隱藻光系統(tǒng)色素膜蛋白復(fù)合體含有葉綠素a/c和特殊的類胡蘿卜素異黃素（alloxanthin）等色素分子，不僅拓展了吸收光譜，還在光保護(hù)方面發(fā)揮重要作用。然而，此前關(guān)于隱藻光系統(tǒng)II-捕光天線復(fù)合體的結(jié)構(gòu)及其光能利用和調(diào)節(jié)機(jī)制并不清楚。

國(guó)家植物園（南園）光合膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究組利用冷凍電鏡技術(shù)首次解析了隱藻（Chroomonas placoidea）光系統(tǒng)II-捕光天線超級(jí)復(fù)合體的高分辨率（2.47埃）冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。該超級(jí)復(fù)合體是具有C2對(duì)稱性的同源二聚體，整體由兩個(gè)PSII核心復(fù)合體及12個(gè)異黃素-葉綠素a/c蛋白（alloxanthin chlorophyll a/c-binding proteins，ACPs）天線亞基及2個(gè)特殊的葉綠素a結(jié)合蛋白（CCPII-S）天線亞基組成，包含60個(gè)蛋白亞基，300個(gè)色素分子，總分子量約為1.1 MDa。12個(gè)ACPII亞基對(duì)稱地結(jié)合在PSII核心復(fù)合體兩側(cè)，呈現(xiàn)了不同于目前已觀察到的其它真核藻類及高等植物PSII捕光天線排列和結(jié)合形式。CCPII-S擁有一個(gè)單跨膜螺旋的N端和一個(gè)較長(zhǎng)的C端，不僅介導(dǎo)了外圍ACPII亞基之間及天線與PSII核心的結(jié)合，還參與了外圍ACPII天線亞基與PSII核心之間的能量傳遞。

隱藻（C. placoidea）PSII-ACPII超級(jí)復(fù)合體的結(jié)構(gòu)

該研究成果打破了原有對(duì)真核光合生物光系統(tǒng)II捕光天線復(fù)合體存在形式及其超分子組裝結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，為揭示浮游光合生物隱藻在水下波動(dòng)光環(huán)境下有效吸收和耗散光能的分子機(jī)制提供了重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，有助于理解光合生物光合系統(tǒng)的進(jìn)化機(jī)制和光適應(yīng)機(jī)制，這將對(duì)設(shè)計(jì)新型光能利用光合系統(tǒng)和高光效作物及飼草提供重要啟示。

該研究成果于近日在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications。國(guó)家植物園（南園）博士研究生毛志遠(yuǎn)和李星玥為論文共同第一作者，韓廣業(yè)研究員為論文通訊作者，匡廷云院士、王文達(dá)研究員和沈亮亮副研究員等也參與了該研究。研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃等項(xiàng)目資助，并得到植物所公共技術(shù)服務(wù)中心的支持。